肖 聲

（重慶市環(huán)境工程評估中心 重慶 401121）

高壓輸電線路電暈可聽噪聲研究綜述

肖 聲

（重慶市環(huán)境工程評估中心 重慶 401121）

伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，不斷推動著我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，我國各地區(qū)的城市化、工業(yè)化進(jìn)程不斷加深，這就要求更穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)，考慮我國的電力資源分布，需要考慮采用高壓輸電的方式才能滿足要求。然而，由此帶來的電暈可聽噪聲對環(huán)境的影響也非常值得我們關(guān)注。本文通過研究分析電暈可聽噪聲的來源、特征、產(chǎn)生機(jī)理和受影響的機(jī)制等，對如何有效降低可聽噪聲對環(huán)境的影響提出一些指導(dǎo)和建議。

高壓輸電；電暈放電；可聽噪聲；降噪

引言

重慶電網(wǎng)于1998年1月開始獨立調(diào)度，截止到目前220千伏及以下的輸送電網(wǎng)建設(shè)日益完善，全市范圍內(nèi)農(nóng)村電網(wǎng)改造面積高達(dá)98%，為重慶市地區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的電力供應(yīng)保障。在高壓遠(yuǎn)程輸電方面，重慶市已成功實現(xiàn)向家壩至上海重慶段±800千伏高壓直流帶電，建立完成“日”字型500千伏高壓輸電雙環(huán)網(wǎng)，構(gòu)筑起“西電東送”與全國聯(lián)網(wǎng)的中樞通道。高壓輸電技術(shù)的確解決了許多輸電難題，但也表現(xiàn)出了許多弊端，高壓輸電線路在工作時會在其周邊形成合成場強(qiáng)，致使空氣發(fā)生電離而導(dǎo)致電暈放電，最終帶來噪聲污染和電磁污染等問題，因此，高壓輸電線路沿線地區(qū)已成為環(huán)境問題的敏感區(qū)，環(huán)境問題相關(guān)的糾紛時有發(fā)生。

綜上所述，高壓輸電線路已經(jīng)對環(huán)境造成了一定影響，為了適應(yīng)環(huán)境友好型社會的發(fā)展要求，尋找高壓輸電線路產(chǎn)生噪音的機(jī)制、來源以及有效防止方法等具有重要意義。

1 電暈可聽噪聲來源

1.1 形成機(jī)理

高壓輸電線路在正常工作狀態(tài)下，其導(dǎo)線的附近區(qū)域形成合成場強(qiáng)，該場強(qiáng)分布隨著軸向遞減，從而導(dǎo)致空氣中作為規(guī)則運動的自有電子在該場強(qiáng)的作用下做定向運動，并由此獲得動能的提升[1]。獲得動能的自由電子與空氣中的分子碰撞，致使受到碰撞的原子的電子發(fā)生躍遷。電場的合成場強(qiáng)越高，空氣中的自由電子的動能越大。當(dāng)電場場強(qiáng)的強(qiáng)度達(dá)到空氣發(fā)生電離的臨界值時，高動能的自由電子碰撞氣體分子將產(chǎn)生新的自由電子和離子，空氣發(fā)生電離。當(dāng)電場的合成場強(qiáng)強(qiáng)度繼續(xù)升高，加劇了空氣產(chǎn)生的電離效應(yīng)，最終產(chǎn)生電子雪崩。這時，大量的離子和自由電子充斥著整個電離區(qū)域，從而發(fā)生電暈放電現(xiàn)象[2]。

1.2 正負(fù)極性電暈的特征

輸電線路的電暈可分為正極性電暈和負(fù)極性電暈兩種[3]，因為極性的不同使得不同極性電暈放電存在很大差異。正離子在空氣中的遷移速率遠(yuǎn)小于自由電子，正離子擴(kuò)大了正極性電暈區(qū)的場強(qiáng)作用，而遷移速率較低的正離子則縮小了負(fù)極性電暈區(qū)的場強(qiáng)范圍，由此，負(fù)極性電暈區(qū)的范圍比正極性電暈區(qū)小。另外，正離子的遷移速率較低，因此正極性的電暈循壞周期就變長，這使得其規(guī)律性相對減弱。

1.2.1 負(fù)極性電暈

隨著施加在輸電線路負(fù)極性導(dǎo)線上的電壓逐漸升高，平均電流也不斷升高，而電流脈沖則經(jīng)歷了從開始形成到頻率不斷提高，再到電暈電流轉(zhuǎn)換為持續(xù)性電流，最后到形成高幅值的不規(guī)則脈沖電流等過程。

從微觀層面來講，正離子在負(fù)極性電暈放電區(qū)內(nèi)的遷移速率較低，并且可與區(qū)域內(nèi)的電子和負(fù)離子電性中和，而自由電子則在場強(qiáng)的作用下向外遷移，但由于合成場強(qiáng)是隨軸向呈現(xiàn)逐漸衰減的趨勢，從而自由電子的運動加速度快速降低，于是，當(dāng)自由電子與空氣中的分子發(fā)生碰撞時，形成的負(fù)離子大部分聚集在了電暈區(qū)外側(cè)，這就與部分電暈區(qū)場強(qiáng)相互抵消。當(dāng)富集的負(fù)離子越多，電暈區(qū)被抵消的電場強(qiáng)度就越多，當(dāng)?shù)陀诳諝獍l(fā)生電離的臨界值時，空氣電離現(xiàn)象消失。而此時，包圍在電暈區(qū)外側(cè)的負(fù)離子繼續(xù)向外部擴(kuò)散，電暈場強(qiáng)又開始升高，上升到一定值則有發(fā)生電離。由此便解釋了宏觀上的重復(fù)脈沖放電現(xiàn)象。

1.2.2 正極性電暈

正極性電暈的電流同負(fù)極性電暈的電流類似，但其規(guī)律性更弱。

對于正極性電暈放電過程，離子與自由電子同時向?qū)Ь€表面遷移，但自由電子的遷移速率更高，這就導(dǎo)致了在短時間內(nèi)大量的正離子富集在電暈區(qū)內(nèi)，正離子群與電暈區(qū)場強(qiáng)相互抵消，電離過程停止。但隨后，正離子群逐漸向外擴(kuò)散，電暈區(qū)場強(qiáng)又逐漸提高，空氣的電離過程再次啟動。如此周而復(fù)始。

1.3 電暈放電可聽噪聲的影響因素

1.3.1 濕度

H2O屬于電負(fù)性分子，在空氣中因為能與自由電子發(fā)生碰撞而形成負(fù)離子，單位體積H2O密度越大，自然消耗的自由電子就越多，相對而言，正極電暈發(fā)生電子雪崩就需要更大的電場強(qiáng)度以適應(yīng)相對減小的單位體積自由電子密度，亦即表現(xiàn)為引起空氣放電的電壓升高。但是，空氣中的H2O的密度升高對于負(fù)極性電暈來說作用效果相反，導(dǎo)線表面在濕度過飽和的空氣中形成吸附水層，因此局部表面曲率半徑降低，強(qiáng)化了場強(qiáng)強(qiáng)度，因此起暈電壓隨之減小。

1.3.2 降雨的影響

有研究表明，導(dǎo)線表面附著的雨滴將會改變空間電場的布局，而由于導(dǎo)線上下表面的雨滴粒徑不同，所以對空間電場的影響也會不同，從而導(dǎo)致空間電場的不均勻變化，起暈電壓因此而降低。最終表現(xiàn)為可聽噪聲的影響水平上升。

1.3.3 污穢的影響

導(dǎo)線上局部的曲率半徑的變化能引起起暈電壓的改變，某一局部區(qū)域的曲率半徑變小，則該處的起暈電壓也隨之降低。污穢會在導(dǎo)線表面上不均勻沉積，隨著污穢的不斷沉積，形成較小曲率半徑的區(qū)域數(shù)量增多，則易引起電暈放電的區(qū)域增多。另外，電暈區(qū)域內(nèi)瞬時狀態(tài)下的離子濃度升高，電暈的抑制作用被增強(qiáng)，脈沖幅值降低。因此，污穢對電暈可聽噪聲水平的影響表現(xiàn)為放電點位數(shù)量隨著污穢的不斷沉積而逐漸增多，可聽噪聲的疊加聲壓級隨之增大。

1.4 電暈可聽噪聲的形成機(jī)制

研究表明，在電暈的合成場強(qiáng)作用下，離子群獲得了相對空氣分子較高的能量，由于離子的質(zhì)量與分子無較大差異，所以，在合成場強(qiáng)作用下做定向運動的離子群將于空氣分子發(fā)生非彈性碰撞，空氣分子的內(nèi)能增大，其布朗運動效應(yīng)被增強(qiáng)，宏觀上表現(xiàn)為空氣振動，因此產(chǎn)生了寬頻的可聽噪聲。另外，由于大量的離子群定向移動與相向的空氣形成壓力差，從而產(chǎn)生聲壓，負(fù)極性電暈與正極性電暈均可產(chǎn)生此壓差，空氣分子在這種壓力下做周期性的振動，最終產(chǎn)生了具有一定頻率的輻射聲波。

電暈可聽噪聲相對于交流電路與直流電路的組成不同，交流電路產(chǎn)生的電暈可聽噪聲的組成包括純音和寬頻噪聲。而直流電路產(chǎn)生的電暈可聽噪聲構(gòu)成則只包括具有脈沖特性和不連續(xù)性的寬頻噪聲。

2 輸電線路電暈可聽噪聲的測量

2.1 實際測量

在實際應(yīng)用中，對于輸電線路噪聲參照《架空送電線路電暈可聽噪聲測量方法》(DL501-92)測量。結(jié)合實際情況、參考方法要求確定測量點位、規(guī)范操作、按照方法要求讀數(shù)等。具體的測量點位布置，應(yīng)取在距交流線路外側(cè)導(dǎo)線或距直流線路正極導(dǎo)線的垂直投影15m處，且與兩端塔高距離基本相等。線路噪聲測量位置側(cè)面分布應(yīng)按以下要求布置：檔距中央的線路中心線、中心線與直流正極（交流外側(cè)）導(dǎo)線之間、直流正極（交流外側(cè)）導(dǎo)線的下方、直流正極（交流外側(cè)）導(dǎo)線的垂直投影距離15m、30m、45m、60m處。傳聲器距地面不應(yīng)低于1.5m。

2.2 模擬測量

輸電線路模擬可聽噪聲測量是一種很好的可替代實際測量的方法，它能夠通過一些手段模擬出實際線路產(chǎn)生的電暈可聽噪聲，很好的再現(xiàn)了實際噪聲的產(chǎn)生，該方法主要應(yīng)對無法或很難進(jìn)行現(xiàn)場測量的情況。

在模擬測量方法中電暈籠是最常用的裝置，該裝置外觀上是網(wǎng)狀的金屬籠結(jié)構(gòu)，全封閉的軸面，其橫截面可以根據(jù)實際需求改變其形狀，電暈籠測試系統(tǒng)如圖1所示[4]。地面的模擬通過低阻抗測量裝置接地來實現(xiàn)。輸電線路的模擬則是通過軸心處的導(dǎo)線來實現(xiàn)，不同輸電特征采用不同導(dǎo)線，交流電采用單導(dǎo)線，直流電則采用單極或雙極導(dǎo)線。然后通過將電壓按照一定比例縮小，即可模擬出實際輸電線路的電暈特征。

圖1 電暈籠噪聲測試系統(tǒng)

3 控制輸電線路電暈可聽噪聲的方法

對于輸電線路電暈可聽噪聲一般通過對聲源進(jìn)行控制，也可以針對噪聲的傳播途徑進(jìn)行降噪。

3.1 通過聲源降噪

對聲源的控制，通常采用削弱輸電線路表面場強(qiáng)的方法，表面場強(qiáng)通過一系列措施被削弱，電暈范圍縮小，可聽噪聲的強(qiáng)度也隨之減弱。具體削弱輸電線路表面合成場強(qiáng)的途徑包括：①降低導(dǎo)線表面曲率半徑②降低導(dǎo)線表面的平均電荷密度。

對于降低導(dǎo)線表面曲率半徑，可通過增加導(dǎo)線的分裂數(shù)或者增大分裂導(dǎo)線的間距的方式，導(dǎo)線等效直徑因此而增大，曲率半徑隨之降低。也可利用親水性涂料對導(dǎo)線表面處理，使其在降水條件下，雨水可以均勻分布在導(dǎo)線表面，減少水滴的形成密度，從而降低了導(dǎo)線上附著雨滴對導(dǎo)線曲率半徑的影響。另外，通過對導(dǎo)線加工工藝的改良，改善導(dǎo)線表面的平滑度水平，減少導(dǎo)線表面尖刺的密度，也可起到降低導(dǎo)線曲率半徑的目的。

對于導(dǎo)線的平均電荷密度，可以在輸電線路中增設(shè)子導(dǎo)線，子導(dǎo)線起到了平均輸電線路主導(dǎo)線表面平均電荷的作用，從而達(dá)到降低導(dǎo)線表面平均電荷密度的目的，電場強(qiáng)度被削弱，電暈強(qiáng)度隨之降低。

3.2 通過傳播途徑降噪

在噪聲的傳播途徑中進(jìn)行降噪一般采取兩種方式：一是增加噪聲的傳播距離，通過增加輸電線路高架塔的高度，提高噪聲源與保護(hù)對象之間的距離，噪聲傳播至保護(hù)對象處的衰減量增大，最終起到降噪的作用；二是在被保護(hù)對象與噪聲源之間增設(shè)隔聲材料，吸收噪聲的能量，降低噪聲對保護(hù)對象的影響。

結(jié)語

本文從輸電線路電暈可聽噪聲的來源、產(chǎn)生機(jī)制和影響因素等角度進(jìn)行了綜合分析闡述，并且總結(jié)了電暈可聽噪聲的監(jiān)測方法，在此基礎(chǔ)上對電暈可聽噪聲的防治提出了一些可行的技術(shù)路線。通過對以往的研究成果進(jìn)行總結(jié)發(fā)現(xiàn)目前對于輸電線路電暈可聽噪聲的相關(guān)研究仍然存在著許多問題亟待解決。例如：電能、空氣分子振動機(jī)械能和空氣內(nèi)能之間的相互轉(zhuǎn)換需要相應(yīng)的量化標(biāo)準(zhǔn)；目前應(yīng)用的輸電線路電暈噪聲聲級預(yù)測模型采用的均為經(jīng)驗公式，需要在某些特定的條件下才可適用，準(zhǔn)確性低，不具有普適性，因此研究建立準(zhǔn)確的電暈可聽噪聲預(yù)測模型，并且能夠廣泛應(yīng)用是必須要解決的問題之一。綜上所述，對輸電線路電暈可聽噪聲在形成機(jī)理、影響控制等方面仍然還要做很多研究工作。

[1]劉元慶，郭劍，陸家榆.基于電暈籠試驗的高壓正極直流線路可聽噪聲頻譜特性[J].高電壓技術(shù)，2013,(6)：1324-1330.

[2]弟澤龍，吳九匯.高壓交流輸電線路電暈可聽噪聲機(jī)理及理論模型[J].西安交通大學(xué)學(xué)報，2012,(8):128-132.

[3]譚聞，張小武.輸電線路可聽噪聲研究綜述[J].高壓電器，2009,(3):109-112.

[4]陳豫朝，謝輝春，張業(yè)茂，許嵩，師永興，周翠娟.基于電暈籠的特高壓交流輸電線路可聽噪聲預(yù)測方法[J].高電壓技術(shù)，2012,(9)2189-2194.

肖聲（1965.5-），女，漢，本科，重慶渝北人，高級工程師，從事環(huán)境保護(hù)技術(shù)咨詢、監(jiān)測。